通過熱流體注入原位改質(zhì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于綜合采油和原位（在儲(chǔ)油層中）改質(zhì)重油和油砂浙青的系 統(tǒng)、設(shè)備和方法。通過在促進(jìn)烴改質(zhì)的條件下將包括減壓或常壓渣油餾分或脫浙青油的熱 流體引入到生產(chǎn)井中，該系統(tǒng)、設(shè)備和方法能夠提高重油在生產(chǎn)井中的采油率。所述方法可 以進(jìn)一步包括引入氫氣和催化劑與所述熱流體注入生產(chǎn)井一起進(jìn)行以進(jìn)一步促進(jìn)烴改質(zhì) 反應(yīng)。另外，本發(fā)明還涉及常規(guī)儲(chǔ)油層中的高效產(chǎn)油方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 重油或浙青的原位采油方法通常用于儲(chǔ)油層上覆蓋層深度對于以經(jīng)濟(jì)方式使用 的地表開采技術(shù)來說過大的情況。由于具有高粘性，重油或浙青不像輕質(zhì)油那樣容易流動(dòng)。 因此大部分浙青采油工藝包括降低浙青的粘度使得浙青更加容易流動(dòng)以及能夠從儲(chǔ)油層 流動(dòng)到生產(chǎn)井。降低浙青的粘度可以通過提高浙青的溫度和/或用溶劑稀釋浙青來實(shí)現(xiàn)。
[0003] 蒸汽輔助重力泄油（SAGD)
[0004] 蒸汽輔助重力泄油（SAGD)是一種從地下儲(chǔ)油層提取浙青的已知技術(shù)。在典型的 SA⑶工藝中，兩個(gè)水平井（即底部井和頂部井）被基本上平行地鉆出，并且在不同的深度彼 此覆蓋。底部井是生產(chǎn)井，通常恰好位于儲(chǔ)油層之上。頂部井是注入井，通常位于生產(chǎn)井上 方大約5?10米。蒸汽注入頂部井以在底層內(nèi)形成蒸汽室，隨著時(shí)間的推移，主要在垂直方 向向儲(chǔ)油層的頂部以及向生產(chǎn)井的底部形成蒸汽室。蒸汽使儲(chǔ)油層內(nèi)部浙青周圍的溫度升 高，降低浙青的粘度并且使浙青和冷凝蒸汽在重力作用下流動(dòng)進(jìn)入更低位置的生產(chǎn)井。浙 青和冷凝蒸汽從采油井或者流動(dòng)或者泵入表面進(jìn)行分離和深加工。在地面，分離后的浙青 通?；旌嫌邢♂寗┦沟谜闱嗪拖♂寗┠軌蛉菀椎赝ㄟ^管道輸送到煉油廠。在煉油廠，稀釋 劑被去除并且浙青經(jīng)過不同的處理工藝進(jìn)行分離、改質(zhì)為有用的產(chǎn)品。主要地，浙青會(huì)經(jīng)過 真空蒸餾過程從浙青中分離殘余物、重質(zhì)組分、輕質(zhì)組分以用于不同的改質(zhì)工藝。
[0005] SAGD-般是回收重油或浙青的非常有效的方法。然而，眾所周知，SAGD存在高的 成本和操作成本的缺點(diǎn)，尤其是涉及到在采油現(xiàn)場建造和操作蒸汽發(fā)生設(shè)備和采油系統(tǒng)。 另外，SA⑶還必須有大量的水，采油現(xiàn)場必須有水源或者水需要運(yùn)輸?shù)讲捎同F(xiàn)場。SA⑶還 需要大量的燃料來提高水的溫度用來產(chǎn)生蒸汽。更進(jìn)一步地，從回收水中生產(chǎn)高質(zhì)量的蒸 汽還需要在表面進(jìn)行相當(dāng)程度的調(diào)整（conditioning)以在將回收水再次轉(zhuǎn)化為蒸汽之前 清潔回收水。該調(diào)整通常要求與所生產(chǎn)的浙青混合的回收水必須首先與所生產(chǎn)的浙青分 離，然后經(jīng)過進(jìn)一步的清潔以去除水中的任何殘余污染物。經(jīng)過這些清潔步驟后，回收水然 后必須經(jīng)過再加熱以生產(chǎn)用于后來再引入到儲(chǔ)油層中的高質(zhì)量蒸汽。同樣地，清潔和再加 熱步驟需要大量的額外能源以驅(qū)動(dòng)清潔工藝以及再加熱回收水使其轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?。盡管上述 工藝的一些能源可以通過熱交換器回收，但是該工藝的低效率導(dǎo)致需要大量的能源輸入到 該系統(tǒng)中。
[0006] 因此，雖然SAGD工藝是有效地，但是大規(guī)模的SAGD生產(chǎn)存在相當(dāng)?shù)沫h(huán)境成本，具 體地，SA⑶具有比其他形式的烴生產(chǎn)工藝更大的碳足跡。其結(jié)果是，有必要改進(jìn)重油生產(chǎn) 方法的效率，特別是改善從重油儲(chǔ)油層生產(chǎn)重油的環(huán)境沖擊。
[0007] 垂直注入井/生產(chǎn)井
[0008] 其它采油技術(shù)包括使用一種或多種垂直井作為將熱量引入儲(chǔ)油層的通道來促進(jìn) 烴流動(dòng)。例如，單一垂直井可以利用循環(huán)蒸汽刺激法，包括蒸汽注入、浸透和生產(chǎn)這樣的連 續(xù)周期。同樣地，可以利用二個(gè)或更多個(gè)相互接近的垂直井，在其中熱量被引入到儲(chǔ)油層的 啟動(dòng)之后，一個(gè)或多個(gè)井被利用提供熱量到儲(chǔ)油層并且一個(gè)或多個(gè)井被利用作為產(chǎn)油井/ 生產(chǎn)井。
[0009] VAPEX
[0010] 另一種眾所周知的浙青或重油原位采油方法是氣相萃取法（VAPEX)，包括注入氣 相溶劑（例如丙烷、乙烷、丁烷等）到上部注入井，溶劑在此冷凝并與浙青混合來降低浙青 的粘度。浙青和溶解的溶劑隨后在重力作用下流入更低的產(chǎn)油井，并由產(chǎn)油井被帶到地面。 [0011] VAPEX通常被認(rèn)為是一種比SAGD更加環(huán)境友好和更加具有商業(yè)可行性的方法，因 為VAPEX不需要大量的水和蒸汽發(fā)生裝置，而這些是SA⑶必須需要的。然而，氣體溶劑通 常需要輸送到生產(chǎn)現(xiàn)場，并且需要冗長的啟動(dòng)間隔，因此該方法需要比蒸汽法更長的氣態(tài) 溶劑蒸汽室。
[0012] 另外，VAPEX是在正常儲(chǔ)油層溫度下進(jìn)行的非熱過程，因此對于促進(jìn)改質(zhì)反應(yīng)過程 不是有效的。
[0013] 因此，VAPEX方法的廣泛使用也存在顯著的限制。
[0014] 催化改質(zhì)
[0015] 為了改質(zhì)和開采重油和浙青，某些方法可以結(jié)合使用加氫裂化催化劑來協(xié)助采油 /改質(zhì)工藝。然而，加氫裂化催化劑顆粒在水存在的條件下分散不好，因?yàn)榇呋瘎┑V物質(zhì)傾 向于優(yōu)先移動(dòng)到水相，因此，對于烴化合物反應(yīng)不太適用。另外，由于水的較低粘度，所以水 對于將分散的顆粒輸送通過底層具有有限的能力。因此，當(dāng)蒸汽和水都沒有催化劑中毒時(shí)， SAGD室中的分散顆粒仍然被冷凝水和蒸汽控制，這被認(rèn)為具有重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。
[0016] 此外，在溫度低于150°C時(shí)，對于催化劑顆粒和氣體例如氫氣的有效混合，浙青或 者減壓渣油的粘度通常被認(rèn)為是過高的。換句話說，在高粘度的浙青中，反應(yīng)時(shí)間是較慢 的，這因?yàn)橛捎谙鄬Φ湍芰克蕉鴮?dǎo)致的在動(dòng)力學(xué)最大值上的傳質(zhì)限制。
[0017] 提高的采油率
[0018] 除了重油儲(chǔ)油層，其他類型的儲(chǔ)油層包括具有過去的峰值產(chǎn)量和碳酸鹽地層的常 規(guī)儲(chǔ)油層繼續(xù)被研究以獲得新型或提高的采油率（EOR)技術(shù)。在具有降低生產(chǎn)率的常規(guī)儲(chǔ) 油層中，仍然需要促進(jìn)采油率和/或降低此類儲(chǔ)油層衰減速率的成本有效的方法。此外， 從不同碳酸鹽地層生產(chǎn)烴的技術(shù)持續(xù)被關(guān)注，這是因?yàn)槭凸緦で箝_發(fā)這些類型的儲(chǔ)油 層。由此，新型的EOR技術(shù)深受關(guān)注。
[0019] 現(xiàn)有技術(shù)
[0020] 現(xiàn)有技術(shù)中存在很多石油開采技術(shù)的實(shí)例。例如，已經(jīng)提出了利用蒸汽和溶劑注 入進(jìn)行開采的技術(shù)。美國專利公開號(hào)2005/0211434教導(dǎo)了一種SAGD開采工藝，其使用較 高成本的生產(chǎn)啟動(dòng)階段和較低成本的后續(xù)生產(chǎn)階段，在啟動(dòng)階段，蒸汽和重質(zhì)烴溶劑被注 入到儲(chǔ)油層中，在后續(xù)生產(chǎn)階段，注入輕質(zhì)烴溶劑以輔助提高浙青的流動(dòng)性能。
[0021] 美國專利U. S. Patent 4, 444, 261教導(dǎo)了一種改進(jìn)在石油開采過程（其中垂直生 產(chǎn)井與垂直注入井相互隔離）中蒸汽驅(qū)動(dòng)過程的波及系數(shù)的工藝。在這種技術(shù)中，蒸汽通 過注入井被導(dǎo)入地層中，直到蒸汽流動(dòng)發(fā)生或者地層的上部空間出來蒸汽區(qū)域。接下來，高 分子量的烴化合物作為導(dǎo)入流體在高溫下（500-1000° F)被注入到蒸汽區(qū)域，并且待其冷 凝直至其在蒸汽區(qū)域形成固定的塊狀物。一旦塊狀物形成，即恢復(fù)蒸汽注入，塊狀物引導(dǎo)蒸 汽通過較低的塊狀物至較低的蒸汽區(qū)域，由此使較低位置的石油能夠流動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施 例中，美國專利號(hào)6, 662, 872教導(dǎo)將SAGD類型開采系統(tǒng)中的蒸汽和抽真空過程相結(jié)合。
[0022] 由于改質(zhì)通常被用于在開采之后的浙青或重質(zhì)油，所以幾種技術(shù)提出了原位改質(zhì) 的概念，由此重質(zhì)油的粘度永遠(yuǎn)地在降低，并且其API比重在石油被生產(chǎn)時(shí)是增加的。例 如，美國專利號(hào)6, 412, 557教導(dǎo)了一種在地下儲(chǔ)油層中原位改質(zhì)浙青的工藝（改質(zhì)催化劑 被固定在下部井底）以及原位燃燒工藝，該原位燃燒工藝被用于提供熱量以促進(jìn)完全改質(zhì) 工藝。
[0023] 在另外的實(shí)施例中，美國專利號(hào)7, 363, 973公開了一種使用溶劑蒸汽在SAGD操作 中刺激重油生產(chǎn)的方法（其中可能涉及原位改質(zhì)），美國專利公開號(hào)2008/0017372公開了 一種利用C3+(尤其是C3-C10)溶劑在SAGD類型采油體系中進(jìn)行原位開采重油和浙青的方 法。考慮到溶劑與浙青的接觸，改質(zhì)過程是必然發(fā)生的。
[0024] 更進(jìn)一步的實(shí)施例是美國專利公開號(hào)2006/0175053描述了一種改善原油開采的 方法。該方法利用隔熱管輸送熱流體到容易提取的地層。熱流體可能包括石蠟和浙青質(zhì)。
[0025] 因此，雖然繼續(xù)開發(fā)不同的技術(shù)以改進(jìn)SAGD和VAPEX的常規(guī)方法，但仍然需要改 進(jìn)原位開采方法，其中大量水或氣態(tài)溶劑不需要被運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)區(qū)，也不需要在儲(chǔ)油層存在 大量蒸汽和水。此外，更經(jīng)濟(jì)、有效的且能夠開采更高比例石油的改質(zhì)技術(shù)的改進(jìn)形式通常 是需要的。
[0026] 再者，同樣還需要用于常規(guī)儲(chǔ)油層和碳酸鹽地層的改進(jìn)的EOR和采油技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027] 根據(jù)本發(fā)明，提供了用于在含烴地層內(nèi)原位改質(zhì)烴的系統(tǒng)和方法。
[0028] 在第一方面，提供